JP7058570B2 - 超音波低減装置 - Google Patents

Description

本発明は、気体を通流する気体通流路において、当該気体通流路の一次側から二次側へ減圧する圧力調整装置が調圧時に発生する超音波を、前記圧力調整装置から前記気体通流路に設けられる超音波流量計までの間に低減させる超音波低減装置に関する。

超音波流量計として、ガス通流路を通流するガスの流れ方向に対して、当該流れ方向に沿った第１方向及び当該第１方向とは逆方向の第２方向に超音波を伝搬させて、第１方向の所定伝搬距離を伝搬した超音波を受信すると共に第２方向の所定伝搬距離を伝搬した超音波を受信する一対の送受波器を備えると共に、第１方向で所定伝搬距離を超音波が伝搬する第１伝搬時間と第２方向で所定伝搬距離を超音波が伝搬する第２伝搬時間とを計測し、計測された第１伝搬時間及び第２伝搬時間と所定伝搬距離とからガス通流路を通流するガスのガス流速を導出し、当該ガス流速とガス通流路の流路断面積とからガス流量を導出する制御部を備えるものが知られている（特許文献１を参照）。

一方、気体としての都市ガスを通流するガス管が気体通流路の場合、上流側から下流側に向けて徐々にガス圧を低減するため気体通流路に圧力調整装置が設けられているのであるが、当該圧力調整装置では、圧力調整時にノイズとして超音波が発生し、当該超音波の波長は、図２に示すように、超音波送受波器が受信可能な周波数範囲で高くなる。当該ノイズとしての超音波が、超音波流量計の計量精度に悪影響を及ぼす場合がある。

このようなノイズとしての超音波を低減する手法として、騒音発生源から伝播する騒音に対して当該騒音とは逆位相の干渉音を合成させることで、当該騒音を低減させる消音制御を実行する能動型消音システムが知られている（特許文献２を参照）。
その他の手法として、圧力調整装置と超音波流量計の間に、タンク型サイレンサ（錆取り器）や、気体通流路の内部に配設される管内サイレンサを備える構成も考えられる。

特開２００５－３３７７２６号公報 特開平７－２１０１７５号公報

上記特許文献１に開示の技術にあっては、第１マイクロホン及び第２マイクロホンに加え、消音制御フィルタとしての制御装置を備える必要があり、装置として構成が複雑となっていた。また、消音制御フィルタを用いた干渉音信号の生成、及びフィルタ係数の常時更新を行うため、常時電力供給が必要であった。また、圧力調整装置と超音波流量計との間には、十分な設置スペースを確保できない場合も多く、比較的嵩の高いタンク型サイレンサを用いない技術の開発が望まれていた。管内サイレンサについては、費用対効果の関係から上述のような状況への適用が妥当とはいえない状況であった。

本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、比較的小さい設置スペースであっても、電力供給を行うことのない比較的簡易でメンテナンスコストも低減できる構成を採用して、気体通流管の内部のガバナにてノイズとして発生する超音波を良好に低減して、超音波流量計の計量精度を向上できる超音波低減装置を提供する点にある。

上記目的を達成するための超音波低減装置は、
気体を通流する気体通流路において、当該気体通流路の一次側から二次側へ減圧する圧力調整装置が調圧時に発生する超音波を、前記圧力調整装置から前記気体通流路に設けられる超音波流量計までの間に低減させる超音波低減装置であって、その特徴構成は、
前記気体通流路として、前記圧力調整装置が設けられる上流配管の直線状の流路軸心に沿って延びると共に下流側の端部が閉塞される閉塞管と、前記閉塞管の管軸方向と交差する方向へ延びると共に途中で屈曲する屈曲部位を有する分岐管とを備え、
前記分岐管は、前記屈曲部位の下流側が前記気体通流路の二次側に連通接続されると共に、前記分岐管の屈曲部位が前記超音波流量計の上流側に設けられている点にある。

圧力調整装置からノイズとして発生した超音波は、周波数が高く波長が短い超音波が含まれているため、直線性が強い。このため、上記特徴構成の如く、圧力調整装置が設けられる気体通流路としての上流配管の直線状の流路軸心に沿って延びると共に下流側の端部が閉塞される閉塞管を備えることで、圧力調整装置からノイズとして発生した超音波は、当該閉塞管の端部にて反射して上流側へ伝達する後退波となる。これにより、進行波と後退波とが打ち消し合って超音波が弱められることになる。更に、上記特徴構成によれば、閉塞管の管軸方向と交差する方向へ延びると共に途中で屈曲する屈曲部位を有する分岐管を備えるから、当該屈曲部位でも超音波が上流側へ向かって反射することになり、下流側へ向かう超音波の音圧を更に低減することができる。また、分岐管の屈曲部位においても、屈曲部位の角度によっては超音波を上流側へ反射して後退波を発生させ、当該屈曲部位より下流側へ伝播される超音波の低減を図ることができ得る。
以上より、比較的小さい設置スペースであっても、電力供給を行うことのない比較的簡易でメンテナンスコストも低減できる構成を採用して、気体通流管の内部の低周波騒音を良好に低減して、超音波流量計の計量精度を向上できる超音波低減装置を実現できる。

超音波低減装置の更なる特徴構成は、
前記閉塞管に連通接続して直線状に延びる一次側分岐管と、当該一次側分岐管の管軸心に対して所定角度を成す管軸心を有すると共に前記一次側分岐管に連通接続される二次側分岐管とが、前記一次側分岐管と前記二次側分岐管とを連通接続する部位を前記屈曲部位として前記分岐管を構成し、
前記一次側分岐管は、前記二次側分岐管と連通接続する前記屈曲部位を超えて前記一次側分岐管の管軸心に沿って延びると共にその端部が閉塞する一次側分岐閉塞管を有する点にある。

上記特徴構成によれば、特に、一次側分岐管は、二次側分岐管との接続部位（屈曲部位）を超えて一次側分岐管の管軸心に沿って延びると共にその端部が閉塞する一次側分岐閉塞管を有するから、一次側分岐管を伝播する超音波のうち、より多くの割合を上流側（閉塞管側）へ反射させることができ、当該一次側分岐管から二次側分岐管へ向けて伝播される超音波を、より一層低減することができる。

これまで説明してきた超音波低減装置としては、
前記一次側分岐閉塞管の前記端部は、前記一次側分岐閉塞管の内部に面する内面が略半球形状である閉止部材にて閉止されることが好ましい。
これにより、一次側分岐閉塞管の端部において、下流側へ伝播する超音波に対する上流側へ反射する超音波の割合を増加させることができ、下流側へ伝播する超音波を良好に低減することができる。

超音波低減装置の更なる特徴構成は、
前記分岐管の前記屈曲部位と前記超音波流量計との間にＹ型ストレ－ナーを少なくとも１つ以上備える点にある。

本発明の発明者らは、後述する試験結果に示すように、分岐管の屈曲部位と超音波流量計との間にＹ型ストレ－ナーを少なくとも１つ以上備えることで、下流側に伝播する超音波を、より一層良好に低減できることを確認している。

本発明の超音波低減装置の概略構成図である。 圧力調整装置としての代表的なガバナから発生するノイズとしての超音波のガスの流量毎の特性を示すグラフ図である。 各試験条件に対応した構成の概略構成図を示す図面である。 試験条件１～６に対応したノイズの周波数毎におけるノイズと流量との関係を示すグラフ図である。

本発明の実施形態に係る超音波低減装置１００は、比較的小さい設置スペースであっても、電力供給を行うことのない比較的簡易でメンテナンスコストも低減できる構成を採用して、気体通流管の内部のガバナにてノイズとして発生する超音波を良好に低減して、超音波流量計の計量精度を向上できるものに関する。
以下、図面に基づいて当該超音波低減装置１００を説明する。

当該超音波低減装置１００は、気体ｇ（例えば、都市ガス１３Ａ）を通流するガス配管（気体通流路の一例）において、ガス配管の一次側から二次へ減圧するガバナＧ（圧力調整装置の一例）が調圧時に発生する超音波を、ガバナＧからガス配管に設けられる超音波流量計Ｍまでの間に低減させる。
当該超音波流量計Ｍは、ガス配管を通流する気体ｇの流れ方向に対して、当該流れ方向に沿った第１方向及び当該第１方向とは逆方向の第２方向に超音波を伝搬させて、第１方向の所定伝搬距離を伝搬した超音波を受信すると共に第２方向の所定伝搬距離を伝搬した超音波を受信する一対の送受波器（図示せず）を備えると共に、第１方向で所定伝搬距離を超音波が伝搬する第１伝搬時間と第２方向で所定伝搬距離を超音波が伝搬する第２伝搬時間とを計測し、計測された第１伝搬時間及び第２伝搬時間と所定伝搬距離とからガス通流路を通流するガスのガス流速を導出し、当該ガス流速とガス通流路の流路断面積とからガス流量を導出する制御部（図示せず）を備える一般的な構成のものが採用される。

ガバナＧは、圧力調整時にノイズとして超音波が発生し、当該超音波の波長は、図２に示すように、超音波送受波器が受信可能な周波数範囲で高くなる。当該ノイズとしての超音波が、超音波流量計の計量精度に悪影響を及ぼす場合がある。尚、図３のデータは、ガバナとノイズとしての音波を測定する超音波流量計Ｍの間は、超音波低減装置等の設置がなく、ストレートの配管で接続した条件で取得したものである。

そこで、当該実施形態に係る超音波低減装置１００にあっては、図１に示すように、以下の構成を採用している。
ガス配管として、ガバナＧが設けられる上流配管Ｌ１の直線状の流路軸心に沿って延びると共に下流側の端部が閉塞される閉塞管Ｌ１ａと、当該閉塞管Ｌ１ａの管軸方向と交差する方向へ延びると共に途中で屈曲する屈曲部位Ｋを有する分岐管Ｌ５とを備え、分岐管Ｌ５は、屈曲部位Ｋの下流側がガス配管の二次側に連通接続されると共に、分岐管Ｌ５の屈曲部位Ｋは、超音波流量計Ｍの上流側にけられている。

説明を追加すると、閉塞管Ｌ１ａの下流側の端部には、第１開閉弁Ｖ１が設けられており、当該第１開閉弁Ｖ１が閉止状態とする形態では、閉塞管Ｌ１ａの下流側の端部の閉塞が実現される。更に、第１開閉弁Ｖ１の下流側には、バイパス管Ｌ１ｂが設けられており、当該バイパス管Ｌ１ｂの下流端は、分岐管Ｌ５のうち、超音波流量計Ｍの下流側の接続部位Ｓに連通接続されている。
以上の構成を採用することにより、ガバナＧからノイズとして発生した超音波は、閉塞管Ｌ１ａの端部にて反射して上流側へ伝達する後退波となる。これにより、上流側からの進行波と後退波とが打ち消し合って、ノイズとしての超音波を弱めることができる。

分岐管Ｌ５のうち、超音波流量計Ｍと接続部位Ｓとの間には、第２開閉弁Ｖ２が設けられている。当該構成を採用することにより、超音波流量計Ｍにて流量測定する通常時においては第１開閉弁Ｖ１を閉止状態で第２開閉弁Ｖ２を開放状態として分岐管Ｌ５に気体ｇを通流させ、超音波流量計Ｍのメンテナンスや交換時においては第１開閉弁Ｖ１を開放状態とし第２開閉弁Ｖ２を閉止状態とてバイパス管Ｌ１ｂに気体ｇを通流させる。

更に、ガバナＧからの超音波を低減するべく、当該実施形態に係る超音波低減装置１００は、閉塞管Ｌ１ａに連通接続して直線状に延びる一次側分岐管Ｌ３と、当該一次側分岐管Ｌ３の管軸心に対して所定角度を成す管軸心を有すると共に一次側分岐管Ｌ３に連通接続される二次側分岐管Ｌ４とが、一次側分岐管Ｌ３と二次側分岐管Ｌ４とを連通接続する部位を屈曲部位Ｋとして分岐管Ｌ５を構成し、一次側分岐管Ｌ３は、二次側分岐管Ｌ４との屈曲部位Ｋを超えて一次側分岐管Ｌ３の管軸心に沿って延びると共にその端部が閉塞する一次側分岐閉塞管Ｌ３ａを有する。そして、一次側分岐閉塞管Ｌ３ａの端部は、一次側分岐閉塞管Ｌ３ａの内部に面する内面が略半球形状である閉止部材Ｈにて閉止される。
また、分岐管Ｌ５の屈曲部位Ｋと超音波流量計Ｍとの間にＹ型ストレ－ナーＹ１、Ｙ２を少なくとも１つ以上（当該実施形態では、２つ）備えている。
尚、当該実施形態においては、上流配管Ｌ１、閉塞管Ｌ１ａ、一次側分岐管Ｌ３、一次側分岐閉塞管Ｌ３ａ、二次側分岐管Ｌ４が、ガス配管（気体通流路の一例）とする。
因みに、ガバナＧ、超音波流量計Ｍ、Ｙ型ストレーナーＹ１、Ｙ２等は、ガス配管に対してフランジＦにて締結される形態で、連通接続されている。

次に、これまで説明してきた構成を採用した場合のガバナＧからのノイズとしての超音波の低減効果を調べるべく、以下の試験条件１～６の夫々に基づいた試験を実施した。
図３に示すように、試験条件６が、これまで説明してきた超音波低減装置１００の構成であり、図１に示す構成と同一の構成での条件である。試験条件５は、試験条件６から一次側分岐閉塞管Ｌ３ａを省略したものであり、試験条件４は、試験条件６から１つのＹ型ストレーナーＹ２を省略したものであり、試験条件３は、試験条件６から一次側分岐閉塞管Ｌ３ａ及び１つのＹ型ストレーナーＹ２を省略したものであり、試験条件２は、試験条件６から２つのＹ型ストレーナーＹ１とＹ型ストレーナーＹ２とを省略したものであり、試験条件１は、試験条件６から一次側分岐閉塞管Ｌ３ａ及び２つのＹ型ストレーナーＹ１とＹ型ストレーナーＹ２とを省略したものである。

当該試験では、図３に示す試験条件１～６の構成において、超音波流量計Ｍをノイズ測定器として使用するものである。
図４に示す試験結果により、閉塞管Ｌ１ａ、一次側分岐閉塞管Ｌ３ａ、Ｙ型ストレーナーＹ１、及びＹ型ストレーナーＹ２の何れも、ノイズとしての超音波の低減に効果を有することが確認され、また、試験条件１～６のうち、試験条件６が、最もノイズとしての超音波の低減効果が高いことが確認された。

〔別実施形態〕
（１）上記実施形態において、ガバナＧからのノイズとしての超音波を低減する意味からは、必ずしも、一次側分岐閉塞管Ｌ３ａ及び閉止部材Ｈを備える構成を採用しなくても構わない。
同様に、Ｙ型ストレーナーＹ１、Ｙ２を備えない構成であっても、ガバナＧからのノイズとしての超音波は良好に低減することができる。

尚、上記実施形態（別実施形態を含む、以下同じ）で開示される構成は、矛盾が生じない限り、他の実施形態で開示される構成と組み合わせて適用することが可能であり、また、本明細書において開示された実施形態は例示であって、本発明の実施形態はこれに限定されず、本発明の目的を逸脱しない範囲内で適宜改変することが可能である。

本発明の超音波低減装置は、比較的小さい設置スペースであっても、電力供給を行うことのない比較的簡易でメンテナンスコストも低減できる構成を採用して、気体通流管の内部のガバナにてノイズとして発生する超音波を良好に低減して、超音波流量計の計量精度を向上できる超音波低減装置として、有効に利用可能である。

１００ ：超音波低減装置
Ｇ ：ガバナ
Ｈ ：閉止部材
Ｋ ：屈曲部位
Ｌ１ ：上流配管
Ｌ１ａ ：閉塞管
Ｌ３ ：一次側分岐管
Ｌ３ａ ：一次側分岐閉塞管
Ｌ４ ：二次側分岐管
Ｌ５ ：分岐管
Ｍ ：超音波流量計
Ｓ ：接続部位
Ｙ１ ：Ｙ型ストレーナー
Ｙ２ ：Ｙ型ストレーナー
ｇ ：気体

Claims (4)

1. 気体を通流する気体通流路において、当該気体通流路の一次側から二次側へ減圧する圧力調整装置が調圧時に発生する超音波を、前記圧力調整装置から前記気体通流路に設けられる超音波流量計までの間に低減させる超音波低減装置であって、
   前記気体通流路として、前記圧力調整装置が設けられる上流配管の直線状の流路軸心に沿って延びると共に下流側の端部が閉塞される閉塞管と、前記閉塞管の管軸方向と交差する方向へ延びると共に途中で屈曲する屈曲部位を有する分岐管とを備え、
   前記分岐管は、前記屈曲部位の下流側が前記気体通流路の二次側に連通接続されると共に、前記分岐管の屈曲部位が前記超音波流量計の上流側に設けられている超音波低減装置。
2. 前記閉塞管に連通接続して直線状に延びる一次側分岐管と、当該一次側分岐管の管軸心に対して所定角度を成す管軸心を有すると共に前記一次側分岐管に連通接続される二次側分岐管とが、前記一次側分岐管と前記二次側分岐管とを連通接続する部位を前記屈曲部位として前記分岐管を構成し、
   前記一次側分岐管は、前記二次側分岐管と連通接続する前記屈曲部位を超えて前記一次側分岐管の管軸心に沿って延びると共にその端部が閉塞する一次側分岐閉塞管を有する請求項１に記載の超音波低減装置。
3. 前記一次側分岐閉塞管の前記端部は、前記一次側分岐閉塞管の内部に面する内面が略半球形状である閉止部材にて閉止される請求項２に記載の超音波低減装置。
4. 前記分岐管の前記屈曲部位と前記超音波流量計との間にＹ型ストレ－ナーを少なくとも１つ以上備える請求項１～３の何れか一項に記載の超音波低減装置。

Images